本發(fā)明涉及一種除霧除霜裝置及其控制方法，具體來說是一種車載式超聲波除霧除霜裝置及其控制方法，屬于汽車制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在寒冷的天氣下，汽車玻璃和建筑玻璃上往往容易結(jié)霜；或者當汽車車內(nèi)和室內(nèi)的濕度較高、溫度和外界環(huán)境相差較大時，汽車玻璃和建筑玻璃上也容易發(fā)生結(jié)霧；從而影響車內(nèi)和室內(nèi)的觀察視線以及它們的外觀，特別是給駕駛者提供良好視野的汽車前風擋玻璃，如果其上面發(fā)生結(jié)霜結(jié)霧現(xiàn)象，將嚴重影響駕駛者的視線，極易導(dǎo)致安全事故，這樣就必須要求汽車前風擋玻璃具有除霜除霧的功能。目前主要的除霧除霜方式有三種，分別是：車載暖風除霧除霜系統(tǒng)，加有電阻絲的電熱玻璃除霧除霜，及使用汽車防霧劑和防霧貼膜的方式除霜。但是這幾種方式都存在不同缺點，無法滿足使用者的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，提出一種結(jié)構(gòu)合理、使用方便、安全系數(shù)高的車載式超聲波除霧除霜裝置。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種車載式超聲波除霧除霜裝置，包括安裝于中控臺面上的超聲波換能器陣列,所述超聲波換能器陣列包括至少一組橫向排列的控制器模組，所述控制器模組通過線束與多媒體顯示屏模塊、自動監(jiān)測傳感器（光線、距離傳感器）連接；所述超聲波除霧除霜裝置包括手持式超聲波除霧除霜裝置及集成式超聲波除霧除霜裝置。

本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案是：前述的車載式超聲波除霧除霜裝置，集成式超聲波換能器除霧除霜裝置安裝于車輛前擋風玻璃的下方，與空調(diào)出風裝置集成于同一模組上，每組集成式超聲波換能器除霧除霜裝置包括空調(diào)出風口，所述空調(diào)出風口背離前擋風玻璃的一側(cè)安裝有至少一組橫向排列的控制器模組，所述控制器模組與空調(diào)出風口之間還對稱均布有距離傳感器，所述距離傳感器控制器模組通過線束連接。

進一步的，前述的車載式超聲波除霧除霜裝置，手持式超聲波換能器除霧除霜裝置通過固定裝置懸掛于多媒體顯示屏后方，所述固定裝置包括設(shè)置于多媒體顯示屏背板上的固定卡座，所述固定卡座與超聲波換能器陣列背部的卡接件相配合，所述超聲波換能器除霧除霜裝置的底部設(shè)有開孔，所述開孔內(nèi)穿有伸縮線纜。

進一步的，前述的車載式超聲波除霧除霜裝置，車輛擋風玻璃外部的雨水導(dǎo)流槽處設(shè)有用于外部除霧除霜的排出風口。

進一步的，前述的車載式超聲波除霧除霜的控制方法，按照除霧除霜進程是否隨發(fā)動機點火開關(guān)接通自動啟動分為智能控制及手動控制。手動控制包括以下步驟：一、通過多媒體顯示屏上的操作鍵開啟開關(guān)，或拿起手持模塊后按動其上的按鍵開關(guān)，模塊通過控制器接收開啟指令；

二、調(diào)用內(nèi)部存儲的策略，按預(yù)設(shè)功率5~500W、掃描角度0~90°的參數(shù)進行除霧除霜工作；

三、當除霧除霜效果達到使用者預(yù)期時，按下多媒體顯示屏上的操作鍵關(guān)閉開關(guān)，并通過控制器接收關(guān)閉指令。

進一步的，前述的車載式超聲波除霧除霜的控制方法，智能控制包括以下步驟：

一、車輛啟動后開啟多媒體顯示屏，并自動進入閉環(huán)控制模式；

二、通過光線傳感器及距離傳感器檢測是否需要開啟除霧除霜操作；當能見度接近傳感器與擋風玻璃距離，霧或霜的厚度大于0mm時，開啟除霧除霜操作，當能見度大于傳感器與擋風玻璃距離的2倍，且霜或霧的厚度為0mm時，除霧除霜操作處于待機狀態(tài)；

三、按預(yù)設(shè)的周期（s）t=2n（n=0,1,2……）、每個周期內(nèi)功率（W）P=5×10n（n=0,1,2）、每個周期、每個功率內(nèi)掃描角度α=0~90°分別遞增，進行除霧除霜工作。“初始化工況”智能學習方法如下：周期t=1s、功率P=5W、掃描α=0~90°范圍一次；周期t=1s、功率P=50W、掃描α=0~90°范圍一次；周期t=1s、功率P=500W、掃描α=0~90°范圍一次；周期t=2s，功率P=5W，掃描α=0~90°范圍一次；周期t=2s，功率P=50W，掃描α=0~90°范圍一次……每次除霧除霜操作完成后記錄所需總時間和總功率。當記錄到第3次相同工況時，下一次將按第一優(yōu)先級最短時間、第二優(yōu)先級最小功率自動尋優(yōu)的智能控制策略進行“智能”除霧除霜操作。如果某一工況超過系統(tǒng)已有記錄的最長工作時間，則該工況按“初始化工況”重新進行機器學習；

三、車輛熄火后，除霧除霜功能自動關(guān)閉。

進一步的，前述的車載式超聲波除霧除霜的控制方法，當電源接通，并在車輛點火前，光線傳感器開始工作，通過與無霧、無霜狀態(tài)下的狀態(tài)對比，并以經(jīng)緯式或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式方式定位霜或霧的位置；隨后距離傳感器開始工作，測量得到霜或霧的厚度，根據(jù)光線傳感器及距離傳感器定位計算，設(shè)定相控陣掃描角度和換能器陣列的超聲波發(fā)送功率；并且，在除霧除霜期間，光線傳感器自動動態(tài)監(jiān)測需繼續(xù)除霧或除霜的位置，并引導(dǎo)相控陣的掃描角度做自動調(diào)整；距離傳感器感受到霧或霜的厚度接近0mm，且光線傳感器定位不到需要除霧除霜的位置時系統(tǒng)自動終止超聲波的發(fā)射，但只要發(fā)動機在運行，各傳感器仍按1Hz的頻率監(jiān)測霧或霜在擋風玻璃上的附著情況，適時啟動超聲波束的發(fā)射，形成閉環(huán)控制。

進一步的，前述的車載式超聲波除霧除霜的控制方法，超聲波換能器，以普通能量輸出方式或相控陣掃描方式作用在擋風玻璃上，實現(xiàn)除霧除霜的功能。

進一步的，前述的車載式超聲波除霧除霜的控制方法，閉環(huán)控制中，當超聲波發(fā)出并投射至擋風玻璃時，在霧、玻璃或霜、空氣的分界面發(fā)生反射，一個距離傳感器接受到反射信號后通過時間及當?shù)芈曀賉即傳感器所在位置的聲速c=(kRT)^0.5,其中k為絕熱指數(shù)，R為氣體常數(shù)，T為熱力學溫度]計算相應(yīng)霧或霜的厚度[θ=cΔt，Δt即有霜或霧時聲波從最近或最遠的空氣與霧或霜的分界面返回到傳感器，與無霜或霧時空氣與擋風玻璃最近和最遠的分界面返回到傳感器的時間差]；當車輛運行時，由于擋風玻璃因振動或變形而影響距離判斷，另一個距離傳感器則探測得到另一個厚度，作為對第一個距離傳感器的校核和確認。

進一步的，前述的車載式超聲波除霧除霜的控制方法，閉環(huán)控制中，光線傳感器經(jīng)緯式工作方式為：通過垂直或平行于Y、Z軸的可見光或非可見光穿過擋風玻璃，以全反射的方式透射到玻璃另外一側(cè)的光線傳感器上，當一條經(jīng)線和一條緯線上的信號由于光線的強度和角度的變化而出現(xiàn)變化時，則這兩條線的交點為需要除霧或除霜的位置。

進一步的，前述的車載式超聲波除霧除霜的控制方法，閉環(huán)控制中，光線傳感器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式工作方式為：在經(jīng)緯式工作方式的基礎(chǔ)上，傳感器數(shù)量更多、投射的光線可以發(fā)射到任意角度并被擋風玻璃另一側(cè)的光線傳感器接收，從而測得兩條光線的交點，即可定位需要除霧除霜的位置。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的車載式超聲波除霧除霜裝置，由于超聲波具有方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能的優(yōu)點，因此利用該優(yōu)點運用于車輛擋風玻璃，能夠起到清潔高效快速除霧除霜的目的。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、布局合理、使用方便且制作成本低，適于批量生產(chǎn)，能夠滿足需要開展此項工作的市場需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的集成式超聲波除霧除霜裝置的A面放大圖。

圖3為本發(fā)明的集成式超聲波除霧除霜裝置的主視圖。

圖4為本發(fā)明的集成式超聲波除霧除霜裝置的側(cè)視圖。

圖5為發(fā)明的手持式超聲波除霧除霜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為發(fā)明的手持式超聲波除霧除霜裝置的俯視圖。

圖7為發(fā)明的手持式超聲波除霧除霜裝置的側(cè)視圖。

圖8為本發(fā)明的經(jīng)緯式霧、霜自動監(jiān)測原理圖。

圖9為本發(fā)明的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式霧、霜自動監(jiān)測原理圖。

具體實施方式

本實施例提供的一種車載式超聲波除霧除霜的控制方法，結(jié)構(gòu)如圖1至圖9所示，根據(jù)客戶需求分為集成式超聲波除霧除霜裝置1及手持式超聲波除霧除霜裝置2兩種。

其中，集成式超聲波除霧除霜裝置安裝于車輛前擋風玻璃5的下方，中控臺7的前方，與空調(diào)出風裝置集成于同一模組上，每組集成式超聲波換能器除霧除霜裝置包括空調(diào)出風口9，空調(diào)出風口背離前擋風玻璃的一側(cè)安裝有至少一組橫向排列的控制器模組8，同時，在控制器模組與空調(diào)出風口之間還對稱均布有兩個距離傳感器10?？刂破髂＝M通過線束與距離傳感器、多媒體顯示屏模塊連接。

而手持式超聲波除霧除霜裝置則通過固定裝置懸掛于多媒體顯示屏6后方，包括至少一組橫向排列的控制器模組8，而固定裝置則包括設(shè)置于多媒體顯示屏背板上的固定卡座14，固定卡座與超聲波換能器陣列背部的卡接件相配合，超聲波換能器除霧除霜裝置的底部設(shè)有開孔，開孔內(nèi)穿有伸縮線纜11。同時，在手持式超聲波換能器除霧除霜裝置的頂部還安裝有按鍵開關(guān)13。

同時，在前擋風玻璃的邊緣對稱分布有光線傳感器3。

本實施例的車載式超聲波除霧除霜的控制方法，按照除霧除霜進程是否隨發(fā)動機點火開關(guān)接通自動啟動分為智能控制及手動控制。

手動控制包括以下步驟：Ⅰ、通過多媒體顯示屏上的操作鍵開啟開關(guān)，或拿起手持模塊后按動其上的按鍵開關(guān)，模塊通過控制器接收開啟指令；

Ⅱ、調(diào)用內(nèi)部存儲的策略，按預(yù)設(shè)功率5~500W、掃描角度0~90°的參數(shù)進行除霧除霜工作；

Ⅲ、當除霧除霜效果達到使用者預(yù)期時，按下多媒體顯示屏上的操作鍵關(guān)閉開關(guān)，并通過控制器接收關(guān)閉指令。

智能控制包括以下步驟：

Ⅰ、車輛啟動后開啟多媒體顯示屏，并自動進入閉環(huán)控制模式；

Ⅱ、通過光線傳感器及距離傳感器檢測是否需要開啟除霧除霜操作；當能見度接近傳感器與擋風玻璃距離，且霧或霜的厚度大于0mm時，開啟除霧除霜操作，當能見度大于傳感器與擋風玻璃距離的2倍，且霜或霧的厚度為0mm時，除霧除霜操作處于待機狀態(tài)；

Ⅲ、按初始化工況智能學習方法進行設(shè)定，預(yù)設(shè)的周期（s）t=2n（n=0,1,2……）、每個周期內(nèi)功率（W）P=5×10n（n=0,1,2）、每個周期、每個功率內(nèi)掃描角度α=0~90°分別遞增，進行除霧除霜工作；所述初始化工況智能學習方法如下：周期t=1s、功率P=5W、掃描α=0~90°范圍一次；周期t=1s、功率P=50W、掃描α=0~90°范圍一次；周期t=1s、功率P=500W、掃描α=0~90°范圍一次；周期t=2s，功率P=5W，掃描α=0~90°范圍一次；周期t=2s，功率P=50W，掃描α=0~90°范圍一次，每次除霧除霜操作完成后記錄所需總時間和總功率。當記錄到第3次相同工況時，下一次將按第一優(yōu)先級最短時間、第二優(yōu)先級最小功率自動尋優(yōu)的智能控制策略進行“智能”除霧除霜操作；如果某一工況超過系統(tǒng)已有記錄的最長工作時間，則該工況按“初始化工況”重新進行機器學習；

Ⅳ、車輛熄火后，除霧除霜功能自動關(guān)閉。其中，距離傳感器的工作原理為：當超聲波發(fā)出并投射至擋風玻璃時，在霧、玻璃或霜、空氣的分界面產(chǎn)生反射，其中一個距離傳感器接受到反射信號后通過時間差Δt和當?shù)芈曀賉即傳感器所在位置的聲速c=(kRT)^0.5,其中k為絕熱指數(shù)，R為氣體常數(shù)，T為熱力學溫度]計算相應(yīng)霧或霜的厚度[θ=cΔt，Δt即有霜或霧時聲波從最近或最遠的空氣與霧或霜的分界面返回到傳感器，與無霜或霧時空氣與擋風玻璃最近和最遠的分界面返回到傳感器的時間差]；當車輛運行時，擋風玻璃會因振動或變形而影響距離判斷，此時另外一個距離傳感器也會得到一個厚度[θ=cΔt，Δt即有霜或霧時聲波從最近或最遠的空氣與霧或霜的分界面返回到傳感器，與無霜或霧時空氣與擋風玻璃最近和最遠的分界面返回到傳感器的時間差]，作為對第一個距離傳感器的校核和確認。

光線傳感器的工作原理為：

經(jīng)緯式：通過垂直或平行于Y、Z軸的光線（可見光或非可見光）穿過擋風玻璃，以全反射的方式透射到玻璃另外一側(cè)的光線傳感器上，如果某條經(jīng)線和某條緯線上的信號出現(xiàn)變化（光線強度和角度），則這兩條線的交點即需要除霧或除霜的位置。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式：與經(jīng)緯式相同，只是傳感器數(shù)量更多、投射的光線可以發(fā)射到任意角度并被擋風玻璃另一側(cè)的光線傳感器接收，從而測得兩條光線的交點，即可定位需要除霧除霜的位置。

上述光線傳感器的工作原理均為光的全反射原理：即光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，折射角將大于入射角；當入射角為某一數(shù)值時，折射角等于90°，此入射角稱臨界角。如投射光線以大于玻璃與空氣的臨界角（約31.8°）、小于玻璃與水（約44.4°）/玻璃與霜（約43.5°）的臨界角發(fā)射到擋風玻璃內(nèi)，如果沒有霧、霜則光線全反射，類似光纖中光線的傳播，沒有能量損失且接受到的光線方向一定；當存在霧或霜時，某些路徑的光線無法形成全反射，則光線能量和角度都會發(fā)生變化。

除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。